[发明专利]一种氧化铁改性凹凸棒石/钼酸铋复合光催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明属于光催化材料的制备领域，具体涉及一种氧化铁改性凹凸棒石/钼酸铋复合光催化剂及其制备方法和应用。本发明先对凹凸棒石酸化，然后再通过浸渍使得铁元素负载在凹凸棒石结构中，铁在热处理过程中生成氧化铁量子点于凹凸棒石孔隙中得到氧化铁改性凹凸棒石，提升了凹凸棒石的光响应性；再以改性凹凸棒石为骨架作为催化剂载体钼酸钠，使Bi₂MoO₆纳米晶沿着凹凸棒石骨架生长，得到复合光催化材料，本发明促进生成的Bi₂MoO₆晶体在凹凸棒石上原位生长，与凹凸棒石、氧化铁间形成的异质结，获得高效光催化性能，在降解盐酸四环素有突出的应用效果。

技术领域

本发明属于复合材料的制备领域，具体涉及一种氧化铁改性凹凸棒石/钼酸铋复合光催化剂的应用及其制备方法。

背景技术

抗生素广泛应用于人类医疗和农业生产，随着其用量的增加，环境污染也日趋严重，甚至对人类健康构成了严重威胁。因此，废水中抗生素的去除已经引起关注并成为该领域的热门话题。如今，已有大量的方法被用于抗生素的去除，如生物法、物理法和化学法等，特别地，光催化降解具有操作简单、高效率、低成本等优点，被认为是抗生素处理的一种理想技术。

凹凸棒石是一种含水富镁铝的天然一维纳米矿物材料，但其自身不具有光响应性，从而在现有技术中存在对凹凸棒石进行改性，使凹凸棒石达到可见光响应的效果，用作光催化剂，拓展其在光催化领域的应用。

本发明先利用盐酸除杂，随后浸渍含Fe³⁺溶液，搅拌蒸发过程中由于铁水解，生成了Fe(OH)₃。高温煅烧条件下→Fe₂O₃负载于凹凸棒石结构中，提升材料本身的光响应性。

本文还制备组装成Bi₂MoO₆，并使其与改性凹凸棒石间、Fe₂O₃颗粒间形成的异质结作用可以将氧化、还原反应位点从空间上分开，由共角八面体组成的网络结构有助于载流子传输从而有效提高光生电子和空穴的利用率，获得高效光催化性能。

发明内容

为了充分利用太阳光能量中占多数的可见光，解决太阳光的利用率低的问题，本发明提供了一种氧化铁改性凹凸棒石/钼酸铋复合光催化材料，通过浸渍法使得铁元素负载在凹凸棒石结构中，一方面，铁在热处理过程中生成氧化铁量子点于凹凸棒石孔隙中提升了凹凸棒石的光响应性；另一方面，凹凸棒石骨架作为催化剂载体，Bi₂MoO₆纳米晶在其上原位生长，可以起到良好的分散作用，增加其与反应介质的接触面积。

另针对上述现有技术中存在的不足，本发明的目的是公开了一种氧化铁改性凹凸棒石/钼酸铋复合材料的制备方法，并将所制备的催化剂应用于催化降解抗生素。

本发明的目的通过以下技术方案实现:一种氧化铁改性凹凸棒石/钼酸铋复合材料通过以下步骤制备得到：

(1)先制备氧化铁改性的凹凸棒石：取一定量的凹凸棒石加入盐酸溶液中制成分散浆，80℃条件下水热搅拌24h，获得酸化凹凸棒石材料；随后，将酸化后的凹凸棒石加入至氯化铁溶液中浸渍搅拌，80℃蒸干后500℃热处理2h，制得氧化铁改性的凹凸棒石。盐酸的浓度优选为1～8mol/L，分散浆中固含量优选为7％～10％，氯化铁溶液浓度优选为2～6mol/L。

盐酸酸化除杂，除去天然矿物中的Ca²⁺、Mg²⁺、Al³⁺等离子；为后续Fe³⁺改性提供新位置。最佳酸化浓度为4M，酸化处理时间为24h。

(2)将一定量的五水硝酸铋(Bi(NO₃)₃·5H₂O)分散到40mL的乙二醇溶液中，磁力搅拌20-30min，直至形成澄清的透明溶液；五水硝酸铋溶液的质量浓度优选为0.020～0.050g/mL。